Dos haces de protones han circulado hoy por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) a una energía de 3,5 teraelectronvoltios (TeV), la más alta registrada hasta ahora en un acelerador de partículas, según confirma el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en un comunicado. El siguiente objetivo es colisionar los haces.

Poco después de las 5:20 horas de esta mañana [por ayer], dos haces de protones de 3,5 TeV han circulado con éxito por primera vez por el

Centro de control del CERN esta mañana. Foto: CERN.

LHC. Esta es la energía más alta alcanzada en un acelerador de partículas, y un “importante paso” en el camino hacia el inicio del programa de investigación del LHC.

“El primer intento de colisionar haces a 7 TeV (3,5 TeV por haz) se producirá en una fecha que se anunciará en un futuro próximo”, señala el CERN en la nota de prensa.

“El logro de los haces a 3,5 TeV es testimonio de la validez del diseño general del LHC, y las mejoras que hemos hecho desde la avería en septiembre de 2008”, explica Steve Myers, director de aceleradores y tecnología del CERN, “y es un gran crédito a la paciencia y la dedicación del equipo del LHC”.

El funcionamiento de la etapa actual del LHC comenzó el 20 de noviembre de 2009, con el primer haz circulando a 0,45 TeV. Siguieron varios hitos, cuando haces dobles circularon el 23 de noviembre y se estableció un récord del mundo de energía de haz de 1,18 TeV el 30 de noviembre. En el momento en que el LHC se detiene el 16 de diciembre de 2009 por una parada programada, se logra otro récord con colisiones a 2,36 TeV y cantidades significativas de datos registrados.

Durante el periodo de funcionamiento del 2009 cada uno de los cuatros experimentos más importantes del LHC (ALICE, ATLAS, CMS y LHCb) registró más de un millón de colisiones de partículas, que fueron distribuidas sin problemas a científicos de todo el mundo mediante la red de computación Grid del LHC. Los primeros papers de los investigadores no tardaron en publicarse.

Después de las colisiones de 2,36 TeV, se realizó la parada técnica hasta principios de 2010 (los primeros haces circularon el 28 de febrero), un periodo en el que se preparó a la gran máquina para operar a más energía. Las colisiones de mayor energía requieren también mayores corrientes eléctricas en los circuitos de imanes del LHC. Esto ha supuesto extremar las precauciones de los nuevos sistemas de protección de la máquina, que ahora ya están listos para la tarea.

Una vez que las colisiones a 7 TeV se establezcan, el plan es mantener en funcionamiento el LHC continuamente durante un período de 18 a 24 meses, con una parada técnica corta a finales de 2010. Esto permitirá obtener datos suficientes en todas las áreas potenciales de descubrimiento para confirmar al LHC como la instalación más importante del mundo en física de partículas de alta energía.
Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Brian Greene dice que la Teoría de Cuerdas es aún científica incluso si no es falsable.

En la década de 1960, el físico italiano Gabriele Veneziano desarrolló una teoría para explicar el funcionamiento interno del átomo y falló – al principio. Ahora, muchos científicos creen que una versión mejorada de su conjetura, conocida como Teoría de Cuerdas, puede hacer mucho más que simplemente explicar el átomo. Podría ser la esquiva Teoría del Todo, un conjunto de leyes universales que gobiernan todas las cosas, desde el quark más pequeño en el átomo al mayor cúmulo de galaxias, desde el Big Bang hasta el presente.

La Teoría de Cuerdas explica qué podrías ver si aumentas sin límite, más allá de las células que componen tu cuerpo, de los átomo que forman esas células, de los electrones y gluones de los que están hechos esos átomos, hasta la escala de una quintillonésima de centímetro. A ese nivel, de acuerdo con la teoría, están las bases de todas las partículas y fuerzas del universo: unas hebras de energía unidimensionales, o “cuerdas”, vibrando en nueve dimensiones. Esto parece ir totalmente contra el sentido común, pero muchos científicos concuerdan en que es la aproximación más prometedora para explicar las leyes de la física.

El físico de la Universidad de Columbia, Brian Greene, se ha convertido en la cara pública de la Teoría de Cuerdas. Ha proporcionado una visión del interior de la topología de esas dimensiones adicionales, y en 1999 presentó la teoría a los no científicos en un libro que se convirtió en un éxito de ventas, El Universo Elegante. En 2008 co-fundó el Festival Mundial de Ciencia, un evento anual que reúne a científicos, artistas y gente común que simplemente está interesada en las grandes cuestiones del universo. Greene charló con DISCOVER sobre cómo ha evolucionado la Teoría de Cuerdas, los intentos de encontrar pruebas que la apoyen a través de experimentos, y los retos de hacer que la ciencia sea emocionante para el público general.

¿Cuál es el principal problema que trata de resolver la Teoría de Cuerdas?

Nuestra actual teoría de la gravedad – la Teoría de la Relatividad General de Einstein — y nuestra actual teoría del comportamiento de los átomos y partículas subatómicas — la Mecánica Cuántica – funcionan fantásticamente bien en sus dominios respectivos: la relatividad general para las cosas grandes, y la mecánica cuántica para las pequeñas. Pero cuando tratas de unir las dos, hay una incompatibilidad, una hostilidad. Es incómodo tener dos leyes de la física, cada una afirmando que la otra no funciona, en cierto sentido. En realidad, ambos conjuntos de leyes están pensadas para funcionar en todas partes.

¿Cómo crea la Teoría de Cuerdas una única visión del mundo que se aplica en todas partes – y qué es exactamente una cuerda, en cualquier caso?

La idea fundamental es que los constituyentes elementales de la materia – electrones, quarks y demás – podrían no ser puntos sin tamaño, que es la imagen tradicional, sino pequeños filamentos. Podrían existir en pequeños lazos de filamentos – diminutos bucles de energía – o pequeños pedazos de energía, cuerdas abiertas, como las llamamos. Cuando se miró detenidamente a las matemáticas que gobiernan el movimiento de estos filamentos, se encontró, sorprendentemente, que las matemáticas no funcionan en un universo que sólo tiene tres dimensiones del espacio. Requerían nueve dimensiones, y cuando añades el tiempo tienes 10 dimensiones, lo cual es una idea completamente extravagante. No obstante, es una idea que los teóricos de cuerdas se toman en serio, debido a que aquí es donde las matemáticas mandan, y las matemáticas se han mostrado a sí mismas como una quía segura sobre cómo funciona el uiverso.

¿Cómo podemos imaginar estas dimensiones extra, y cómo se manifestaría en nuestro mundo aparentemente tridimensional?

La forma y tamaño de las dimensiones extra afectarían a las propiedades de las partículas. Por lo que si me preguntas, “¿Por qué el electron tiene una masa o carga concreta?”, la respuesta en la Teoría de Cuerdas sería: debido a que las dimensiones extra tienen la forma que tienen. Un electrón pesa lo que pesa debido a que tiene una cierta energía interna, y esa energía, de acuerdo con Einstein equivale a mc². La energía depende de cómo puede vibrar esta pequeña cuerda, y la cuerda vibra de una forma que depende de su entorno, por lo que depende de la forma de las dimensiones extra. El sueño en la década de 1990 era encontrar la forma de las dimensiones extra y calcular los valores de todas esas propiedades que los experimentadores han encontrado.

¿Cuál es el estado actual de la investigación en la Teoría de Cuerdas?

Tenemos un rango de posibilidades para la forma de las dimensiones extra. Tenemos, de hecho, catálogos de formas. Literalmente, podría escribir un libro y pasar página tras página y mostrarte distintas formas para las dimensiones extra que se han determinado como matemáticamente posibles. El problema es que no sabemos qué página es la correcta, y el número de páginas ha crecido fantásticamente en los últimos años. Hay del orden de al menos 10⁵⁰⁰ páginas diferentes actualmente [un número que deja pequeño el de partículas en el universo], y cuando te enfrentas a un libro con tantas páginas, alguna gente lo tira con disgusto. Otros dicen que puede que todas esas formas estén en distintos universos. Esta es la aproximación más reciente y controvertida que se ha estado siguiendo.

Entonces, ¿podría haber una multitud de universos, cada uno correspondiendo a una solución distinta o “página” de la Teoría de Cuerdas?

Como científicos seguimos todas los caminos prometedores, y hay razones para sospechar que nuestro universo puede ser uno de muchos – una única burbuja dentro de un baño de espuma de otros universos. Y entonces puedes imaginar que tal vez estas distintas burbujas tienen distintas formas para sus dimensiones extra. Esto sugiere un paisaje de distintos universos con distintas formas de sus dimensiones extra y, por tanto, diferentes propiedades dentro de esos universos. De ser cierto, nuestro universo sería uno entre muchos, y entonces la cuestión sería por qué estamos en éste y no en otro.

Uno de sus hallazgos está ayudando a los científicos a dar sentido a esas dimensiones extra y otros universos, ¿no es así?

Encontramos que la geometría clásica, del tipo que aprendes en la escuela, colapsa a escalas extremadamente pequeñas. En lugar de ésta, aparece la geometría cuántica, en la que, por ejemplo, puede haber dos formas distintas para las dimensiones extra que, no obstante, arrojan la misma física. En otras palabras, puede haber dos formas distintas desde la perspectiva de un matemático clásico, pero cuando las vestimos con sus propiedades cuánticas se hacen idénticas. Lo que realmente nos entusiasmó era que los cálculos tremendamente complejos enmarcados en el lenguaje relevante a una forma, se hacían simples cuando se rehacían usando la otra. A la gente le gusta hablar de que los esquimales tienen 20 palabras para la nieve y el hielo. Podríamos necesitar un párrafo o un libro para tratar de describir esas distinciones, debido a que nuestro lenguaje no está configurado para describirlas. De forma similar, con estas formas, básicamente estamos reescribiendo cosas de un lenguaje a otro, y de pronto una descripción torpe y tosca se convierte en pulcra, elegante y completamente resoluble.

Los críticos de la Teoría de Cuerdas dicen que no es científica debido a que no es falsable. ¿Cómo podemos evaluar la Teoría de Cuerdas?

La falsabilida de una teoría es algo genial, pero una teoría puede seguir siendo respetable incluso si no es falsable, siempre que sea verificable. Hay aspectos de una teoría que puedes buscar y confirmar, y esa es otra forma de ganar confianza en ella. Por ejemplo, es realmente difícil falsar la afirmación de que hay vida en otro planeta, pero puedes verificarlo encontrando un ejemplo. Nosotros esperamos que ciertas características de la Teoría de Cuerdas sean confirmables.

¿Qué tipo de cosas está buscando?

En el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra, hay características de la Teoría de Cuerdas que pueden dar como resultado datos que no tienen otra explicación natural. Por ejemplo, la Teoría de Cuerdas sugiere que debería haber una clase de partículas llamadas supersimétricas [cada partícula tiene una partícula compañera], y nunca las hemos visto antes. Si las vemos, no demostraría que la Teoría de Cuerdas es correcta, pero sería una prueba circunstancial sólida, debido a que su hogar más natural es la Teoría de Cuerdas. También hay una remota posibilidad de que los científicos encuentren pruebas de dimensiones extra en el LHC. La Teoría de Cuerdas no es la única teoría que puede acomodar dimensiones extra, pero ciertamente es una que lo demanda y lo requiere.

¿Cómo intentan los físicos encontrar dimensiones extra?

Cuando colisionan dos protones, como se hará frecuentemente en el LHC, parte de los restos creados en la colisión podrían ser expulsados fuera de nuestras dimensiones comunes y lanzados hacia las otras. Podríamos notarlo detectando una pérdida de energía en nuestras dimensiones. La energía aparentemente desaparecería, pero en realidad simplemente va a un lugar a los que nuestros detectores no tienen acceso directo.

Si hoy encontrases, de alguna forma, que la Teoría de Cuerdas está equivocada, ¿cómo te sentirías respecto a tu trabajo de los últimos 25 años?

Si fuese falsa por un error virtual o real que hemos pasado por alto durante 25 años, me sentiría bastante mal. Pero eso es improbable – casi imposible – diría. Lo más probable es que aprendamos que la teoría es, tal vez, incapaz de describir la física tal y como la conocemos. Lo importante es el progreso, y si podemos comprender por qué la Teoría de Cuerdas ha fracasado, eso será un progreso. No el progreso que hubiésemos esperado, pero progreso no obstante, y así es como funciona la ciencia.

¿Qué confianza tiene en que la Teoría de Cuerdas es correcta?

En una ocasión estaba escuchando un programa de radio y se me describió como un creyente en la Teoría de Cuerdas. Casi me caigo al suelo debido a que no “creo” en la Teoría de Cuerdas. No creo en nada hasta que no se demuestre experimentalmente. Siento que la Teoría de Cuerdas es nuestra mejor esperanza para hacer progresos en unificar la gravedad y la mecánica cuántica. Además, he quedado espectacularmente impresionado en los últimos 20 años con el progreso que ha hecho la Teoría de Cuerdas. Pero eso no es una prueba, y por tanto no creo en ella. Hay una gran cantidad de ideas interesantes que merecen atención, y, a veces, décadas de atención, debido a que tienen esa capacidad de hacer progresos en cuestiones profundas aún sin resovler. Pero eso no significa que creas que las ideas son correctas. Si quieres usar la palabra creer, simplemente creo que es la mejor aproximación que tenemos.

Usted es el autor de un libro éxito de ventas y co-fundador de un popular festival de ciencia. ¿Cómo aborda la tarea de lograr que la gente se interese en algo tan esotérico como la Teoría de Cuerdas?

Creo que mucha gente tuvo experiencias en la escuela donde la ciencia era aprender detalles o completar cálculos rigurosos que puede que no estén alineados con su personalidad. Lo que se pasó por alto es que esos detalles son finalmente usados por la ciencia para abordar grandes preguntas que nos importan a todos: ¿De dónde vino el universo? ¿De dónde llegó la vida? ¿Todo terminará finalmente? Creo que los estudiantes, a menudo, debido a la forma en la que se enseña, se pierden la parte interesante de la historia y se les lleva a través de los detalles, dejando un mal sabor de boca. Tracy Day y yo creamos el Festival Mundial de Ciencia para esquivar las estructuras existentes y crear lugares donde la gente, guiada por verdaderos científicos, pueda sumergirse en las fantásticas historias de la ciencia y sus grandes ideas. No me interpretes mal, los detalles sin importantes, pero la gente nunca querrá saber los detalles a menos que puedan centrarse en las grandes ideas.
Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Discover y su autor es Andrew Grant.

Asteroide Itokawa

Los pequeños asteroides giratorios son pilas de escombros y polvo que deberían desmembrarse, pero no lo hacen. Los astrónomos han descubierto el porqué.
¿Qué mantiene unidos a los asteroides pequeños? Con seguridad no es la gravedad, son demasiado pequeños para eso. Hoy, Daniel Scheeres y sus colegas de la Universidad de Colorado, nos iluminan con un estudio sobre las fuerzas que trabajan en estos pequeños cuerpos.
En 2005, la misión japonesa Hayabusa orbitó y aterrizó en el asteroide Itokawa, que mide apenas unos cientos de metros. (Se prevé que vuelva a la Tierra a finales de este año con una muestra de polvo del asteroide).
Las estadísticas de ritmo de giro sugieren que Ikotawa y los asteroides similares son pilas de escombros que se mantienen unidos por la gravedad a escalas de 150 metros o más. Pero las rocas menores deberían desmembrarse en el espacio con este ritmo de giro.
Pero esto es lo que crea el misterio. Las imágenes de Hayabusa demuestran que a escalas menores, Itokawa es poco más que una colección de rocas y polvo. Si no es la gravedad lo que supera a las fuerzas centrípetas implicadas, ¿qué mantiene unido a Itokawa?
Los astrónomos han sabido desde hace tiempo que las fuerzas implicadas tienen que ser grandes: varias simulaciones han demostrado que incluso pequeñas fuerzas cohesivas pueden estabilizar a las pilas giratorias de escombros en entornos de baja gravedad.
De las distintas posibilidades, las principales que han estudiado los astrónomos son la presión de radiación del Sol, las fuerzas electrostáticas y de fricción entre el polvo ionizado (que son responsables de la levitación del polvo en la Luna y muy probablemente de su separación).
El objetivo del último trabajo de Scheeres y compañía es “realizar un estudio de las fuerzas relevantes conocidas que actúan sobre granos y partículas, fijar su forma analítica y constantes relevantes para el entorno espacial, y considerar la escala relativa de fuerzas entre sí”.
Scheeres y sus colegas demuestran que ninguno de los sospechosos habituales es el culpable. En lugar de esto parece que los pequeños asteroides se mantienen unidos por las Fuerzas de Van der Waals.
Esto tiene dos implicaciones interesantes. Primero, para la evolución de los asteroides. Los investigadores sugieren que los asteroides giratorios gradualmente arrojan rápidamente las rocas grandes y terminan como pilas de escombros unidas por las Fuerzas de Van der Waals. Esto puede ayudar a explicar la distribución del tamaño de los asteroides.
Segundo, este proceso puede también explicar, al menos en parte, la formación de anillos planetarios tales como los de Saturno que están hechos casi exclusivamente de cuerpos pequeños.
Si Scheere y sus colegas están en lo cierto, sus conclusiones llevarán a una significativa reevaluación de las propiedades de superficie de los asteroides, por no mencionar la estructura y evolución de los anillos planetarios. No es moco de pavo.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1002.2478: Scaling Forces To Asteroid Surfaces: The Role Of Cohesion

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Technology Review.